叠层光子晶体薄膜制备及其光学性能研究
发布时间：2021-06-22 03:04
面对能源短缺和环境污染两个难题,大力开发新型可持续能源具有重要作用,是目前科学研究和技术发展的主流。其中,太阳能是解决这两大问题的关键途径之一。在光催化材料中,TiO2由于无毒无害,低成本,无二次污染而被广大学者青睐。但TiO2本身固有的缺点如宽光子带隙、电子空穴对易复合等缺点使得其光催化效果并不理想。光子晶体是一种具有优异光物理性能的结构材料,其有序孔结构相比于一般材料具有大的比表面积,光学性能良好且可调。本论文制备了一种叠层光子晶体薄膜材料,并以此为模板结构设计制备具有可调光吸收性能的光催化材料（如叠层TiO2反蛋白石光子晶体薄膜）,以期进一步提高TiO2光催化效率。叠层光子晶体材料相比于一般材料具有以下优点:1.叠层光子晶体结构原理上有望实现太阳能全光谱吸收;2.大比表面积能够提供更多的活性位点;3.丰富的孔道结构有利于反应物和产物的传输和扩散;4.薄膜结构有利于光催化反应器的设计和有效利用。本论文以甲基丙烯酸甲酯（MMA）作为原料,通过无皂乳液聚合法制备了不同尺寸的聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA...
【文章来源】：山西大学山西省
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
光催化机理示意图[8]
叠层光子晶体薄膜制备及其光学性能研究2可再生清洁能源中，太阳能分布范围广、无污染、能量高等优点成为学者最受欢迎的研究方向之一，它可解决上述两大难题问题。同时从长远发展来看，由于其取之不尽，在未来能源发展中扮演十分重要的角色。因此获取并且有效利用太阳能对人类发展至关重要，它可支撑人类社会的可持续发展。1.1.1光催化概述光催化也可统称为光触媒，最早发现于1967年，由日本化学家藤岛昭和他的导师本多建一教授从植物的光合作用受到启发，对放入水中的TiO2进行紫外灯光照射实验，发现水被分解成O2和H2，这就是著名的“本多作用的光催化反应”[2]。随后多年，光催化技术在有机合成、卫生健康、环境保护等方面不断拓展，至上世纪90年代，成为国际上最受欢迎且活跃的研究领域之一[3]。图1.1光催化反应方程式图1.2光催化机理示意图[8]光催化是一种非常有效的深度处理废水的高级氧化技术（AdvancedOxidationProcesses，AOPs）[4]，其本质是利用光催化剂，以太阳光光照为前提，产生具有强氧化还原能力的光生电子-空穴对[5]，分别氧化H2O和还原O2得到羟基自由基（·OH），·OH进一步将废水中的有机污染物氧化为无机物，或者将其转化为低毒的易生物降解的中间产物，最终实现有机废水的净化处理[6,7]。图1.1为光催化反应方
叠层光子晶体薄膜制备及其光学性能研究41.2光子晶体具有至少两种不同介电常数(折射率)的材料在空间周期性排列形成一种有序的结构称之为光子晶体[23]，此于1987年由S.John[24]和E.Yablonovitch[25]分别独立提出。光子晶体的模型和物理上的半导体模型在研究思路上有很多相似之处，都是通过制造和设计的器件控制光子运动[26]，其材料的构造也与半导体晶格对电子波函数的调制相似，光子晶体能够调制出相应波长的电磁波。简单地说，就是光子晶体能自主选择波长，同时可选择通过其中某一段波长光的同时阻止其它波段的光。1.2.1光子晶体概述光子晶体材料特殊，满足修正的布拉格反射定律，致使某些频率的电磁波无法透过，产生光子带隙效应[27]。带隙中的光被完全反射而不是进行传播，并且介电常数越大，布拉格散射越大越容易出现光子带隙，这是光子晶体的最主要特征之一，因此光子晶体也称光子带隙材料。图1.3光子晶体示意图。（a）：一维光子晶体；（b）：二维光子晶体；（c）：三维光子晶体；图1.4自然界常见的光子晶体示意图光子带隙分为完全带隙和不完全带隙[28]，完全带隙指的是光子带隙结构中能够abc
本文编号：3241983
【文章来源】：山西大学山西省
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
光催化机理示意图[8]
叠层光子晶体薄膜制备及其光学性能研究2可再生清洁能源中，太阳能分布范围广、无污染、能量高等优点成为学者最受欢迎的研究方向之一，它可解决上述两大难题问题。同时从长远发展来看，由于其取之不尽，在未来能源发展中扮演十分重要的角色。因此获取并且有效利用太阳能对人类发展至关重要，它可支撑人类社会的可持续发展。1.1.1光催化概述光催化也可统称为光触媒，最早发现于1967年，由日本化学家藤岛昭和他的导师本多建一教授从植物的光合作用受到启发，对放入水中的TiO2进行紫外灯光照射实验，发现水被分解成O2和H2，这就是著名的“本多作用的光催化反应”[2]。随后多年，光催化技术在有机合成、卫生健康、环境保护等方面不断拓展，至上世纪90年代，成为国际上最受欢迎且活跃的研究领域之一[3]。图1.1光催化反应方程式图1.2光催化机理示意图[8]光催化是一种非常有效的深度处理废水的高级氧化技术（AdvancedOxidationProcesses，AOPs）[4]，其本质是利用光催化剂，以太阳光光照为前提，产生具有强氧化还原能力的光生电子-空穴对[5]，分别氧化H2O和还原O2得到羟基自由基（·OH），·OH进一步将废水中的有机污染物氧化为无机物，或者将其转化为低毒的易生物降解的中间产物，最终实现有机废水的净化处理[6,7]。图1.1为光催化反应方
叠层光子晶体薄膜制备及其光学性能研究41.2光子晶体具有至少两种不同介电常数(折射率)的材料在空间周期性排列形成一种有序的结构称之为光子晶体[23]，此于1987年由S.John[24]和E.Yablonovitch[25]分别独立提出。光子晶体的模型和物理上的半导体模型在研究思路上有很多相似之处，都是通过制造和设计的器件控制光子运动[26]，其材料的构造也与半导体晶格对电子波函数的调制相似，光子晶体能够调制出相应波长的电磁波。简单地说，就是光子晶体能自主选择波长，同时可选择通过其中某一段波长光的同时阻止其它波段的光。1.2.1光子晶体概述光子晶体材料特殊，满足修正的布拉格反射定律，致使某些频率的电磁波无法透过，产生光子带隙效应[27]。带隙中的光被完全反射而不是进行传播，并且介电常数越大，布拉格散射越大越容易出现光子带隙，这是光子晶体的最主要特征之一，因此光子晶体也称光子带隙材料。图1.3光子晶体示意图。（a）：一维光子晶体；（b）：二维光子晶体；（c）：三维光子晶体；图1.4自然界常见的光子晶体示意图光子带隙分为完全带隙和不完全带隙[28]，完全带隙指的是光子带隙结构中能够abc
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